CN102408760B - 一种隔热涂层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隔热材料技术领域，特别涉及一种隔热涂层，含有1-25wt%的复合氧化锡锑隔热材料，所述复合氧化锡锑隔热材料是由空心微珠：四氯化锡：三氯化锑按照比例0.5-5g：0.015-0.06mol：0.00125-0.00378mol制备而成。制备方法：制备晶种；制备复合氧化锡锑前躯体；将复合氧化锡锑前躯体煅烧得到复合氧化锡锑隔热材料；制得隔热涂料，涂装后得到隔热涂层。复合氧化锡锑隔热材料隔热效果良好，原料简单易得，成本低廉，减少热量传递，降低温度，节约降温费用；本发明加入氨水作为沉淀剂，使氧化锡锑牢固地附着在空心微珠表面，使用寿命长，隔热效果好；隔热涂层耐候性好，附着力强，隔热效果优良。

Description

一种隔热涂层及其制备方法

技术领域    

本发明涉及隔热材料技术领域，特别涉及一种隔热涂层，还涉及所述隔热涂层的制备方法。

背景技术   

太阳光能量分布中，可见光和近红外波段占了绝大部分的能量，分别占总能量的44%和51%，所以，节能涂料主要通过提高对可见光和近红外波段的太阳光反射率来达到降温的目的。红外反射隔热涂层是一种新型的功能型涂层，能有效反射太阳光中的近红外光，从源头上阻止热量的传递，有效地降低涂层表面和内部环境温度，从而达到改善工作环境，降低能耗的目的，因而被广泛应用于建筑、石油、运输、造船、军工、航天等行业。

现有的红外反射材料主要有氧化铟锡（ITO）、氧化锡锑（ATO）和氧化铝锌（ZAO）等，制备方法大致有三类：固相法、气相法和液相法，而液相法是制备纳米粒子应用最为普遍的方法，具体又可分为沉淀法、水热合成法、溶胶凝胶法等。不论哪种方法制备的反射材料，起隔热作用的都只有一种物质，隔热机理只有一种即反射隔热，单一隔热机理所起的隔热效果有限。空心材料具有的特殊的空心结构可有效阻断热量的传递，起到良好的隔热效果，从隔热机理上来看，空心材料的隔热机理属于阻隔隔热。有些文献报道使用隔热机理不同的两种隔热材料进行隔热，如申请号为201010160420.8的中国发明专利申请，公开了使用纳米二氧化钛包覆的空心玻璃微球与纳米掺锑二氧化锡两种隔热材料制备的隔热纳米涂料。诸如此类使用两种隔热材料简单机械混合来达到隔热效果的技术，都存在两种隔热材料不能很好的结合，隔热效果不能达到最佳的缺点。

发明内容   

为了解决以上两种隔热材料混合后隔热性能差的问题，本发明提供了将空心微珠与氧化锡锑很好的结合在一起，增强隔热效果的一种隔热涂层。

本发明还提供了所述隔热涂层的制备方法，制备的隔热涂层既具有红外反射材料的反射隔热作用，又具有空心材料的阻隔隔热作用，两种物质共同起作用，隔热效果得到加强。

本发明是通过以下方式实现的：

一种隔热涂层，所述隔热涂层中含有1-25wt%的复合氧化锡锑隔热材料，所述复合氧化锡锑隔热材料是由空心微珠：四氯化锡：三氯化锑按照比例0.5-5g：0.015-0.06mol：0.00125-0.00378mol制备而成，所述空心微珠为200-1800目。

所述隔热涂层中含有5-10wt%的复合氧化锡锑隔热材料。

所述复合氧化锡锑隔热材料是由空心微珠：四氯化锡：三氯化锑按照比例3g：0.03mol：0.0025mol制备而成。

所述的隔热涂层的制备方法，包括以下步骤：

（1）晶种的制备：将四氯化锡溶于蒸馏水中制得四氯化锡溶液，与空心微珠混合，60℃搅拌，6ml/min的速度滴加1:1氨水至pH值为3，停止搅拌，保温，制得晶种；

（2）复合氧化锡锑前躯体的制备：将三氯化锑、四氯化锡溶于无水乙醇中，得到混合溶液，在80℃搅拌状态下将混合溶液滴加到晶种中，同时以6ml/min的速度滴加1:1氨水保持体系的pH值为3，滴完后保温，得到复合氧化锡锑前躯体；

（3）将复合氧化锡锑前躯体经过滤洗涤、干燥后煅烧，得到复合氧化锡锑隔热材料。

（4）将复合氧化锡锑隔热材料加入到无水乙醇中，经高速分散机分散，放置沉淀，澄清后吸去乙醇得浆料，使复合氧化锡锑隔热材料的质量占浆料质量的10-50%，加入助剂制得氧化锡锑涂料，浆料的量占涂料总质量的10-50%，涂装后得到隔热涂层。

步骤（2）混合溶液中三氯化锑、四氯化锡物质的量之比为1：20-5，制备的晶种中的四氯化锡与混合溶液中的四氯化锡的物质的量之比为1：5。

步骤（1）中四氯化锡溶液的浓度为0.025-0.01mol/L，步骤（2）中混合溶液中三氯化锑、四氯化锡的浓度分别为0.0125-0.0378 mol/L、0.25mol/L。

步骤（2）制备的复合氧化锡锑前躯体经过滤洗涤干燥，升温至600-800℃，保温2-3h，自然降温后得到复合氧化锡锑隔热材料。

步骤（1）和步骤（2）中搅拌速度为300rpm/min，所述1:1氨水为37%的氨水与水体积比1:1混合得到的。

步骤（2）配制混合溶液之前，在乙醇中先加入0.5-2ml 37%的浓盐酸。

步骤（1）和步骤（2）中保温时间均为3小时，步骤（3）中经过0.5小时升温至600-800℃。

本发明的机理是：空心微珠具有空心球的特殊结构，空心球内部空气传热导数小，空心球会有效阻断热量的传递，因此以空心球为填料制备的隔热涂层会阻止热量传递，降低涂层内部温度；太阳光中热量主要集中在可见光和近红外部分，因此隔绝了可见光和近红外光就可隔绝大部分能量，有效阻止热量传递，氧化锡锑是一种对近红外光具有反射功能的材料，能将近红外波段的光线反射回去，减少热量传递。本专利制备的涂层使用的是空心微珠和氧化锡锑的复合材料，氧化锡锑制备时在空心微珠表面结晶，氧化锡锑将空心微珠包覆其中，所制备的复合材料既具有氧化锡锑的红外反射隔热作用，又具有空心球阻隔隔热作用，两种作用结合，有效阻止热量传递，增强涂层的隔热性能。如何使氧化锡锑在空心微球表面牢固附着，是本发明主要解决的技术问题。通过本发明制备方法制备出来的隔热涂层，氧化锡锑附着牢固，使用寿命长，更好的起到隔热的作用。

本发明的有益效果：

1、使用的复合氧化锡锑隔热材料隔热效果良好，所用的原料简单易得，成本低廉，将该材料用于制备隔热涂层，减少热量传递，降低温度，节约降温费用；

2、本发明的特殊的制备方法，通过加入氨水作为沉淀剂，使氧化锡锑牢固地附着在空心微珠表面，使用寿命长，隔热效果好；

3、本发明隔热涂层耐候性好，附着力强，隔热效果优良。

附图说明   

附图1为本发明隔热效果检测装置示意图，

图中，1 碘钨灯，2 隔热玻璃，3 挡板，4水银温度计Ⅰ，5 水银温度计Ⅱ， 6喷有黑漆的铁片，7 泡沫保温盒。

具体实施方式

实施例1

    （1）将1.766g（0.005mol）SnC1₄·5H₂O溶于100ml蒸馏水中，制得的四氯化锡溶液的浓度为0.05mol/L，将制备的四氯化锡溶液和3g 1800目的空心微珠加入到250ml四口烧瓶中，空心微珠使用前用蒸馏水浸泡，并超声分散20min，将烧瓶置于60℃恒温水浴锅中，电动搅拌器300rpm/min连续搅拌，6ml/min均速滴加1:1氨水直到pH值为3，然后停止搅拌，继续保温3h，得到晶种；

（2）将0.575g（0.0025mol）SbCl₃和8.83g（0.025mol）SnC1₄·5H₂O溶于100ml无水乙醇中，乙醇中先加入1.5ml 37%的浓盐酸抑制离子水解，Sb³⁺/Sn⁴⁺物质的量之比为1:10，得到三氯化锑和四氯化锡的混合溶液，将恒温水浴锅调节温度为80℃，制备的晶种继续用电动搅拌器300rpm/min连续搅拌，将三氯化锑、四氯化锡的混合溶液及1:1氨水同时缓慢滴加到四口烧瓶中，氨水以6ml/min均速滴加，同时滴加混合溶液，混合溶液的滴加速度由烧瓶内溶液pH变化决定，要一直控制烧瓶内溶液pH值为3，混合溶液滴加完成同时停止氨水滴加，并停止搅拌，继续保温3h，制备得到复合氧化锡锑前躯体；

（3）制备的复合氧化锡锑前躯体经沉淀后，吸去上层清液，将剩余物质转移到抽滤装置中进行抽滤，抽滤后的固体物质中加入蒸馏水，混合均匀后继续抽滤，反复3次后改用无水乙醇洗涤两次，最后将抽滤后的固体转入烧杯置入80℃恒温干燥箱中干燥，干燥后的固体转入坩埚中置于马弗炉中，0.5h升温至600℃，保温3h自然降温后得到复合氧化锡锑隔热材料；

（4）将1g上述制得的复合氧化锡锑隔热材料加入到50ml的无水乙醇中，经高速分散机10000rad/min分散，放置沉淀，澄清后吸去部分乙醇得到浆料2.5g，使复合氧化锡锑的质量占浆料质量的40%，将浆料混合均匀，置入烧杯中，加入聚氨酯清漆、固化剂及增稠剂、消泡剂制备氧化锡锑涂料，其中清漆和固化剂的质量比为4:1，增稠剂和消泡剂适量，浆料占涂料总质量的25%，复合氧化锡锑隔热材料占涂料总质量的10%。

将制备的复合氧化锡锑涂料用120μm涂布器涂在经过碱液处理24h的基板上，采用的基板为玻璃板，然后将玻璃板平放干燥，对玻璃板注意遮盖，避免吸附灰尘，表干后将玻璃板置于60℃烘箱中烘干，实干后得到隔热涂层，涂有隔热涂层的玻璃为隔热玻璃。

实施例2

（1）将1.766g（0.005mol）SnC1₄·5H₂O溶于200ml蒸馏水中，制得的四氯化锡溶液的浓度为0.025mol/L，将制备的四氯化锡溶液和0.5g 1800目的空心微珠加入到250ml四口烧瓶中，空心微珠使用前用蒸馏水浸泡，并超声分散20min，将烧瓶置于60℃恒温水浴锅中，电动搅拌器300rpm/min连续搅拌，6ml/min的速度缓慢滴加1:1氨水直到pH值为3，然后停止搅拌，继续保温3h，得到晶种；

（2）将0.8615g（0.00378mol）SbCl₃和8.83g（0.025mol）SnC1₄·5H₂O溶于100ml无水乙醇中，乙醇中先加入2ml 37%的浓盐酸抑制离子水解，Sb³⁺/Sn⁴⁺物质的量之比为1:6.67，得到三氯化锑和四氯化锡的混合溶液，将恒温水浴锅调节温度为80℃，制备的晶种继续用电动搅拌器300rpm/min连续搅拌，将三氯化锑、四氯化锡的混合溶液及1:1氨水同时缓慢滴加到四口烧瓶中，氨水以6ml/min均速滴加，同时滴加混合溶液，混合溶液的滴加速度由烧瓶内溶液pH变化决定，要一直控制烧瓶内溶液pH值为3，混合溶液滴加完成同时停止氨水滴加，并停止搅拌，继续保温3h，制备得到复合氧化锡锑前躯体；

（3）制备的复合氧化锡锑前躯体经沉淀后，吸去上层清液，将剩余物质转移到抽滤装置中进行抽滤，抽滤后的固体物质中加入蒸馏水，混合均匀后继续抽滤，反复3次后改用无水乙醇洗涤两次，最后将抽滤后的固体转入烧杯置入80℃恒温干燥箱中干燥，干燥后的固体转入坩埚中置于马弗炉中，0.5h升温至800℃，保温2.5h自然降温后得到复合氧化锡锑隔热材料；

（4）将1g上述制得的复合氧化锡锑隔热材料加入到50ml的无水乙醇中，经高速分散机10000rad/min分散，放置沉淀，澄清后吸去部分乙醇得到浆料，使复合氧化锡锑的质量占浆料质量的25%，将浆料混合均匀，取2g置入烧杯中，加入聚氨酯清漆、固化剂及增稠剂、消泡剂制备氧化锡锑涂料，其中清漆和固化剂的质量比为4:1，增稠剂和消泡剂适量，浆料占涂料总质量的20%，复合氧化锡锑隔热材料占涂料总质量的5%。

将制备的复合氧化锡锑涂料用120μm涂布器涂在经过碱液处理24h的基板上，采用的基板为玻璃板，然后将玻璃板平放干燥，对玻璃板注意遮盖，避免吸附灰尘，表干后将玻璃板置于60℃烘箱中烘干，实干后得到隔热涂层，涂有隔热涂层的玻璃为隔热玻璃。

实施例3

（1）将1.766g（0.005mol）SnC1₄·5H₂O溶于50ml蒸馏水中，制得的四氯化锡溶液的浓度为0.1mol/L，将制备的四氯化锡溶液和5g 1800目的空心微珠加入到250ml四口烧瓶中，空心微珠使用前用蒸馏水浸泡，并超声分散20min，将烧瓶置于60℃恒温水浴锅中，电动搅拌器300rpm/min连续搅拌，6ml/min的速度缓慢滴加1:1氨水直到pH值为3，然后停止搅拌，继续保温3h，得到晶种；

（2）将0.2875g（0.00125mol）SbCl₃和8.83g（0.025mol）SnC1₄·5H₂O溶于100ml无水乙醇中，乙醇中先加入1ml 37%的浓盐酸抑制离子水解，Sb³⁺/Sn⁴⁺物质的量之比为1:20，得到三氯化锑和四氯化锡的混合溶液，将恒温水浴锅调节温度为80℃，制备的晶种继续用电动搅拌器300rpm/min连续搅拌，将三氯化锑、四氯化锡的混合溶液及1:1氨水同时缓慢滴加到四口烧瓶中，氨水以6ml/min均速滴加，同时滴加混合溶液，混合溶液的滴加速度由烧瓶内溶液pH变化决定，要一直控制烧瓶内溶液pH值为3，混合溶液滴加完成同时停止氨水滴加，并停止搅拌，继续保温3h，制备得到复合氧化锡锑前躯体；

（3）制备的复合氧化锡锑前躯体经沉淀后，吸去上层清液，将剩余物质转移到抽滤装置中进行抽滤，抽滤后的固体物质中加入蒸馏水，混合均匀后继续抽滤，反复3次后改用无水乙醇洗涤两次，最后将抽滤后的固体转入烧杯置入80℃恒温干燥箱中干燥，干燥后的固体转入坩埚中置于马弗炉中，0.5h升温至700℃，保温2h自然降温后得到复合氧化锡锑隔热材料；

（4）将1g上述制得的复合氧化锡锑隔热材料加入到50ml的无水乙醇中，经高速分散机10000rad/min分散，放置沉淀，澄清后吸去部分乙醇得到浆料，使复合氧化锡锑的质量占浆料质量的40%，将浆料混合均匀，取2.5g置入烧杯中，加入聚氨酯清漆、固化剂及增稠剂、消泡剂制备氧化锡锑涂料，其中清漆和固化剂的质量比为4:1，增稠剂和消泡剂适量，浆料占涂料总质量的25%，复合氧化锡锑隔热材料占涂料总质量的10%。

将制备的复合氧化锡锑涂料用120μm涂布器涂在经过碱液处理24h的基板上，采用的基板为玻璃板，然后将玻璃板平放干燥，对玻璃板注意遮盖，避免吸附灰尘，表干后将玻璃板置于60℃烘箱中烘干，实干后得到隔热涂层，涂有隔热涂层的玻璃为隔热玻璃。

隔热性能测试

将实施例1隔热涂料中的复合氧化锡锑隔热材料替换成相同量的空心微珠得到空心微珠隔热涂料1，替换成相同量的氧化锡锑得到氧化锡锑隔热涂料1，将实施例2隔热涂料中的复合氧化锡锑隔热材料替换成相同量的空心微珠得到空心微珠隔热涂料2，替换成相同量的氧化锡锑得到氧化锡锑隔热涂料2，将实施例3隔热涂料中的复合氧化锡锑隔热材料替换成相同量的空心微珠得到空心微珠隔热涂料3，替换成相同量的氧化锡锑得到氧化锡锑隔热涂料3，将制得的上述隔热涂料采用与实施例的相同方法涂在相同的玻璃板上，湿膜厚度120μm，制得对应的隔热玻璃。另外制备与复合氧化锡锑涂料相同配方，但是不含复合氧化锡锑隔热材料、空心微珠和氧化锡锑的涂料，制备空白对照玻璃。

制备的涂有涂料的隔热玻璃置于自制隔热检测装置顶部进行隔热性能测试。检测装置如附图1所示，泡沫保温盒7尺寸为20cm×15cm×10cm，盒壁厚为2cm。泡沫盒底部放置一块喷有黑漆的铁片6，将水银温度计Ⅱ5紧贴在喷有黑漆的铁片6下表面的中心位置处。在距底板3cm处安装一个水银温度计Ⅰ4测量盒内部空气温度，水银温度计Ⅰ4水银球上方安装挡板3以防止光线直射。隔热玻璃2严密覆盖在泡沫保温盒7上，涂膜面向上。照明光源采用500W碘钨灯1，碘钨灯1的光最接近太阳光谱。碘钨灯1距离样品高度为40cm。

检测装置上放置的每块隔热玻璃照射30min后，分别记录水银温度计Ⅰ4和水银温度计Ⅱ5的读数，检测装置上放置空白对照玻璃时，也照射30min后记录水银温度计Ⅰ4和水银温度计Ⅱ5的读数，将每块隔热玻璃对应的水银温度计Ⅰ4读数与空白对照玻璃对应的水银温度计Ⅰ4读数之差的绝对值，规定为此隔热玻璃的盒内空气隔热温度，亦即为此隔热玻璃上所涂隔热涂层的盒内空气隔热温度。将每块隔热玻璃对应的水银温度计Ⅱ5读数与空白对照玻璃对应的水银温度计Ⅱ5读数之差的绝对值，规定为此隔热玻璃的底板隔热温度，亦即为此隔热玻璃上所涂隔热涂层的底板隔热温度。检测结果见表1。

表1  几种隔热涂层隔热效果结果对比表

由表1可以看出，实施例1、2、3隔热涂层的隔热效果要明显好于只含有空心微珠或者只含有氧化锡锑的隔热涂层，其中实施例1的隔热效果好于实施例2和3。虽然实施例2中复合氧化锡锑隔热材料只占5%，但它的隔热效果甚至要好于实施例3的复合氧化锡锑隔热材料占10%的效果，说明实施例2制备的复合氧化锡锑隔热材料的隔热效果要好于实施例3制备的复合氧化锡锑隔热材料。

Claims (6)

1.一种隔热涂层，其特征在于所述隔热涂层中含有1-25wt%的复合氧化锡锑隔热材料，所述复合氧化锡锑隔热材料是由空心微珠：四氯化锡：三氯化锑按照比例0.5-5g：0.015-0.06mol：0.00125-0.00378mol制备而成，所述空心微珠为200-1800目；

所述隔热涂层是通过以下步骤得到的：

（1）晶种的制备：将四氯化锡溶于蒸馏水中制得四氯化锡溶液，与空心微珠混合，60℃搅拌，6mL/min的速度滴加1:1氨水至pH值为3，停止搅拌，保温，制得晶种；

（2）复合氧化锡锑前躯体的制备：将三氯化锑、四氯化锡溶于无水乙醇中，得到混合溶液，在80℃搅拌状态下将混合溶液滴加到晶种中，同时以6mL/min的速度滴加1:1氨水保持体系的pH值为3，滴完后保温，得到复合氧化锡锑前躯体；

（3）将复合氧化锡锑前躯体经过滤洗涤、干燥后煅烧，得到复合氧化锡锑隔热材料；

（4）将复合氧化锡锑隔热材料加入到无水乙醇中，经高速分散机分散，放置沉淀，澄清后吸去乙醇得浆料，使复合氧化锡锑隔热材料的质量占浆料质量的10-50%，加入助剂制得氧化锡锑涂料，浆料的量占涂料总质量的10-50%，涂装后得到隔热涂层；

所述步骤（2）混合溶液中三氯化锑、四氯化锡物质的量之比为1：20-5，制备的晶种中的四氯化锡与混合溶液中的四氯化锡的物质的量之比为1：5。

2.根据权利要求1所述的隔热涂层，其特征在于所述隔热涂层中含有5-10wt%的复合氧化锡锑隔热材料。

3.根据权利要求1所述的隔热涂层，其特征在于所述复合氧化锡锑隔热材料是由空心微珠：四氯化锡：三氯化锑按照比例3g：0.03mol：0.0025mol制备而成。

4.根据权利要求1所述的隔热涂层，其特征在于步骤（2）制备的复合氧化锡锑前躯体经过滤洗涤干燥，升温至600-800℃，保温2-3h，自然降温后得到复合氧化锡锑隔热材料。

5.根据权利要求1所述的隔热涂层，其特征在于步骤（2）配制混合溶液之前，在乙醇中先加入0.5-2mL 37%的浓盐酸。

6.根据权利要求1所述的隔热涂层，其特征在于步骤（1）和步骤（2）中保温时间均为3小时，步骤（3）中经过0.5小时升温至600-800℃。

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